• 대한기계학회논문집B
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• 제37권2호
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• pp.155-161
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• 2013

본 연구에서는 도금된 폴리카보네이트를 사용하여 공기호흡형 고분자 전해질막 연료전지의 분리판을 제작하였다. 도금층은 구리 $40{\mu}m$, 니켈 $10{\mu}m$, 금 $0.3{\mu}m$ 로 구성되었으며, 구리는 전기 전도층, 니켈은 구리와 금의 결합, 금은 도금층의 부식을 방지하기 위해 사용되었다. 본 분리판을 사용하여 성능을 평가한 결과 $120mW/cm^2$ 의 전력 밀도를 보였으며 이는 동일한 조건에서 그라파이트 분리판을 사용했을 때의 전력밀도와 거의 차이가 나지 않았다. 또한 평판형 12 층 스택의 공기호흡형 연료전지를 구성한 결과 각 전지당 $132.7mW/cm^2$ 의 성능을 보였으며 이를 12 시간 운전해본 결과 안정적인 성능을 보여 공기호흡형 고분자 전해질 연료전지의 분리판으로 적합함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.19-26
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• 2010

이온교환막 연료전지는 전세계적인 에너지 고갈 문제와 온실효과에 대한 대응책의 하나이다. 특히, 이온교환막 연료전지는 전기화학반응에 의해 전기를 생산함과 동시에 열을 발생하기 때문에 가정용으로 적용하기에 적당하다. 가정용 연료전지의 열관리 목적은 연료전지가 최적조건에서 운전할 수 있도록 적절히 온도를 제어해 주는 것으로, 본 연구에서는 부하 변화 시 가정용 연료전지 시스템의 응답 특성과 열관리 특성을 알아보기 위한 해석 모델을 개발하였다. 열관리 해석 모델은 연료전지의 온도를 조절하기 위한 펌프와 열교환기로 구성된 1차측, 주택에 온수를 공급하기 위한 탱크와 펌프 계통의 2차 측으로 구성되었다. 부하를 순차적으로 증가시킬 때와 감소시킬 때를 구분하여 열관리 계통의 응답특성 을 확인하였다. 결과적으로 탱크의 초기 승온에 많은 시간이 소요되기 때문에 부하를 다단으로 오랜 시 간 동안 서서히 증가시키면서 시스템 응답 특성을 확인하였다. 또한, 본 연구에서는 가정용 연료전지의 부하 변화시의 열관리 특성을 고려한 운전 전략에 대해서도 조사하였다.

• 한국가스학회지
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• 제11권4호
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• pp.41-46
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• 2007

본 연구는 국내 F사의 가정용 연료전지 시스템의 실제 크기를 모델로 하여, 시스템 내부에 4가지 구성품(개질기, 연료전지 스택, 가습기, 탈황기)이 시스템 체적 중 약 30%를 차지하고 있을 때, 환기 면적과 수소 누출량을 변화시키면서 전산 해석을 수행하였다. 환기 면적 1%, 수소 누출량 1%인 경우, 비정상 상태 전산 해석 결과, 수소는 약 50초 후 누출 지점 근처에서 농도 변화를 확연히 감지할 수 있었으며, 200초 후, 시스템 하부에 비해 상부에서 농도 증가를 뚜렷하게 알 수 있었다. 환기 면적 1%, 수소 누출량 1%, 3%, 5%의 대한 정상 상태 해석 결과, 수소 누출량이 5%가 되면 시스템 전 영역에서 수소의 인화 하한(4%, 체적기준)에 도달하는 것을 확인하였다. 환기 면적 2%, 수소 누출량 1%인 경우, 비정상 상태 전산해석 결과, 수소는 약 60초 동안은 누출 지점에서 하부측으로 농도 증가를 보이다가, 점차 상부측 환기구를 통해 배출되어 약 250초가 지난 후 정상 상태에 도달하였다. 환기 면적 2%, 수소 누출량 1%, 3%, 5%의 정상 상태 해석 결과, 수소 누출량이 5%가 되더라도 대부분의 영역에서 경보 농도 수준(1%, 체적기준) 이하임을 확인할 수 있었으나, 누출 지점으로부터 상부쪽으로 위험 영역이 존재함을 알 수 있었다.

• Elastomers and Composites
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• 제42권1호
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• pp.20-31
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• 2007

고무의 안정성과 신뢰성 확보를 위해 재료 특성과 수명 평가는 매우 중요하다. 본 연구에서는 연료전지용 고무 가스켓으로 사용되는 황으로 가황한 NBR compound의 수명을 예측하였다. 5, 6, 7 vol% 황산농도에서 120, 140, $160^{\circ}C$ 온도로 각각 3시간에서 600시간까지 가속 노화시험을 하였다. 고무를 황산용액 안에 침지시키기 위해 pyrex glass tube를 사용하였다. 그리고 가열 시간 동안 용액의 증발을 막기 위하여 pyrex glass tube 양쪽 끝을 막았다. 연료전지용 가스켓인 NBR 고무의 수명을 예측하기 위하여 가속 산-열 노화시험 후 물성 실험을 하였으며 산-열 노화시험에서 물리적 특성의 영향을 연구하기 위하여 인장강도, 신장율, 경도, 가교밀도를 측정하였다. 인장강도는 황산농도와 온도가 증가함에 따라서 감소되었는데 이 결과로 Arrhenius 식을 유도하여 수명을 평가하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.27-34
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• 2023

고체 산화물 연료전지의 연료로 암모니아를 사용하는 것은 고효율, 환경 친화성, 보관 및 운송의 용이성으로 인해 주목받고 있다. 암모니아 활용 SOFC 시스템의 효율을 더욱 높이려면 시스템의 비효율적인 구성 요소를 이해해야 하며 이를 위해 엑서지 분석을 수행하였다.본 연구에서는 단순 연료전지 시스템(FC), 연료극 재순환 시스템(RC-FC) 및 수분 제거 재순환 시스템(RC-WR-FC)의 세 가지 시스템에 대해 엑서지 분석을 수행하였다. FC, RC-FC 및 RC-WR-FC의 엑서지 효율은 각각 48.7%, 51.6% 및 58.4%이었으며, 세 시스템 모두에서 SOFC 스택은 엑서지 파괴의 주요 원인이었다. 또한 버너, 공기 열 교환기 및 냉각기/응축기와 같이 낮은 효율을 가진 부품들을 재구성한다면 효율을 높일 수 있다.

• 핵의학기술
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• 제16권2호
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• pp.126-130
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• 2012

방사성의약품 제조 시 휘발성 기체의 경우에 완전 차폐가 되지 않고, Hot cell 외부로 그리고 배기덕트를 통해 작업자에게 외부피폭은 물론 호흡을 통해 내부피폭을 가져오게 한다. 처음에는 Hot cell 자체의 배출구를 막아서 방사성기체를 차단하려하였으나 장치에 맞는 기체 밀폐형 댐퍼의 제작이 어렵고, 크기가 맞지 않아서 설치 후에 여전히 문제점이 개선되지 않았다. 그러나 Tedlar gas sampling bag의 사용으로 합성 장치의 가스 배출구를 연결하여 방사성 기체를 저장하고 10반감기가 지난 후에 배출함으로써 작업자의 피폭을 확연히 줄이게 되었으며 $^{18}F$ 방사성 기체는 Hot cell 배출구에 활성탄 필터를 연결하고 최종 배출구에 2차 활성탄 필터를 사용함으로써 배출되는 방사능 농도를 90% 이상 줄여주었다. 단 반감기의 핵종인 경우는 위와 같은 경우를 이용하여 다음날 작업을 할 수 있지만 반감기가 긴 핵종들 같은 경우는 다음날 처리 할 수 없는 문제점들이 발생한다. Decay tank의 추가적인 문제점들을 보완하거나 기체상의 여러 방사성 입자들을 포집 할 수 있는 물질들이 만들어져야 할 것이다. 현재 우리나라는 최종 배출 공기 중 방사능 농도만을 규제하고 있으나 유럽 같은 경우 일일 배출 양과 연간 배출도 규제를 하고 있다. 방사성의약품 합성 시 발생하는 많은 방사성 물질들을 보다 효과적으로 친환경적으로 처리할 수 있는 여러 연구들이 이루어져야 할 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권8호
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• pp.767-773
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• 2013

본 연구는 높은 압력으로 체결되어 있는 고분자전해질연료전지(PEMFC) 스택의 구성부품중 가장 크게 변형되는 가스확산층(GDL)의 공극률과 기체투과율의 변화를 제시하였다. 압축하중에 따른 체적변화를 실험을 통하여 측정하고 기존에 제시된 관계식을 이용하여 공극률과 기체투과율의 변화을 예측하였다. 또한 물의 배출을 향상시키기 위하여 첨가되는 PTFE 가 압축상태의 GDL 의 공극률과 기체투과율에 미치는 영향을 연구하였다. 물질전달에 직접 영향을 미치는 기체투과율은 PTFE 가 많이 포함된 GDL에서 급격하게 감소하였다. 결과적으로 같은 압축하중으로 체결하는 경우 GDL 의 PTFE 함량에 따라서 공극네트워크를 통한 물질전달은 크게 달라질 수 있다. 본 결과를 이용하면 GDL 에서의 전달현상에 대한 개선된 상관식을 개발할 수 있고 그로 인하여 모델링의 정확성을 향상시킬 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.72.2-72.2
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• 2010

평판형 고체산화물 연료전지 스택의 고온 밀봉 구조에 대하여 설명하고 스택 운전 후 사후 분석을 통하여 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응에 대하여 고찰하였다. 대표적인 고온 밀봉재인 Barium-Silicate 계 결정화 유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판은 스택의 작동온도인 $700{\sim}850^{\circ}C$ 에서 고온 반응을 통하여 계면에 반응생성물을 형성하는 것이 확인되었다. 이러한 계면반응은 장기 운전시 SOFC 스택 성능 저하의 원인이 되고, 열 싸이클(작동온도${\leftrightarrow}$상온)을 가하면 계면반응 생성물이 delamination 되어 밀봉구조가 파괴되어 수명을 단축시키게 된다. 계면반응은 Fe-Cr 계 금속 분리판의 산화물인 Cr 산화물, Fe 산화물이 밀봉유리 소재와 반응을 일으키는 것이 주요 원인으로 판명되었다. SOFC 스택에서 열 싸이클시 계면반응에 의하여 기밀도가 감소하는 현상이 확인되었으며, 밀봉 구조의 어느 부분에서 계면반응이 진행되는지 관찰하였다. 이러한 계면반응을 막기 위해서는 금속 분리판과 밀봉유리 사이에 계면반응을 억제하는 보호층을 형성하는 방법이 효과적이다. 본 연구에서는 보호층으로서 밀봉유리 및 Fe-Cr 계 금속 분리판과의 계면반응성이 낮고 열팽창 계수가 비슷한 Yttria Stabilized Zirconia 층을 APS(Atmospheric Plasma Spray) 공정을 이용하여 형성하였다. 밀봉유리/YSZ 보호층/금속분리판은 gas-tight 한 밀봉 구조를 형성하였으며, YSZ 보호층은 밀봉유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판 소재와 계면반응을 효과적으로 억제하는 것이 확인되었다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권8호
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• pp.172-177
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• 2014

두 가지 $N_2$ 프로세스(성장 중 반응성 질소 그리고 질소 플라즈마 경화)에 의해 특별히 개선된 AsGeTeS 위에 만들어진 문턱 스위칭 소자를 제시하고자 한다. 적층과 열적 안정적인 소자 구조가 가능한 두 스텝 프로세스에서의 질소의 사용은 나노급 배열 회로의 응용에서의 스위치와 메모리 소자의 집적을 가능하게 한다. 이것의 좋은 문턱 스위칭 특성에도 불구하고 AsTeGeSi 기반의 스위치는 높은 온도에서의 신뢰성 있는 저항 메모리 적용에 중요한 요소를 가진다. 이것은 보통 Te의 농도 변화에 기인한다. 그러나 chalconitride 스위치(AsTeGeSiN)은 $30{\times}30(nm^2)$ 셀에서 $1.1{\times}10^7A/cm^2$가 넘는 높은 전류 농도를 갖는 높은 온도 안정성을 보여준다. 스위치의 반복 능력은 $10^8$번을 넘어선다. 더하여 AsTeGeSiN 선택 소자를 가진 TaOx 저항성 메모리를 사용한 1 스위치-1저항으로 구성된 메모리 셀을 시연하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권8호
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• pp.1050-1060
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• 2012

SOFC시스템 고효율화의 한 방법으로 SOFC/GT 하이브리드시스템은 유효하다. 그러나 시스템의 출력 규모가 수십 MW급의 선박용이라면 하부시스템으로 사용되는 GT시스템의 냉각방식 도입은 장치를 복잡하게 만들고 제어 또한 쉽지 않게 된다. 따라서 선박용으로는 SOFC/GT(유냉각) 하이브리드시스템보다 SOFC/GT(무냉각) 하이브리드시스템이 더 적합해 보인다. 본 연구는 SOFC/GT(무냉각) 하이브리드시스템을 구축하고 그 시스템에 대한 스택의 작동온도와 전류밀도, 가스터빈의 압력비, TIT가 시스템의 성능에 미치는 영향 등을 시뮬레이션을 통하여 검토한 것으로 공기압축기 소요 동력의 증가에도 불구하고 전기적 효율은 상승되며 TIT에는 운전을 위한 제한된 온도범위가 존재한다는 것을 알 수 있었다.